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【Python气象可视化】用Cartopy+Matplotlib绘制青藏高原涡移动轨迹图（附完整代码+颜色渐变时间轴）

news 2025/8/2 20:29:01

使用Python绘制青藏高原涡（高原涡）的移动轨迹图。使用Python绘制青藏高原涡移动轨迹图。通过Cartopy库创建中国地图并添加地理特征（海岸线、边界等），利用Matplotlib绘制高原涡移动路径，用颜色渐变表示时间顺序。代码包含地图投影设置（PlateCarree中心经度105°）、青藏高原区域标注、轨迹可视化（线图+散点图）以及图例元素（指北针、比例尺、颜色条）的添加。该方案可直观展示高原涡在中国区域的移动轨迹，为气象研究提供可视化支持。

1. 导入库

import numpy as np import cartopy.crs as ccrs import cartopy.feature as cfeature 
import matplotlib.pyplot as plt import matplotlib.font_manager as fm 
import cartopy.mpl.ticker as cticker

numpy：用于数值计算，处理轨迹数据。
cartopy：用于地理空间数据的可视化，支持地图投影和地理特征绘制。
matplotlib：用于绘制图表。
cartopy.mpl.ticker：提供地图坐标轴的格式化工具。

2. 设置中文字体

plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['Microsoft YaHei', 'KaiTi', 'SimSun'] plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False

确保图表中显示中文和负号（如“-”符号），避免乱码。

3. 创建中国地图基础函数

def create_china_map(ax, extent=[70, 140, 20, 45], spec=10):"""创建中国区域基础地图"""ax.set_extent(extent, crs=ccrs.PlateCarree())  # 设置地图范围（经度70-140，纬度20-45）ax.add_feature(cfeature.COASTLINE.with_scale('50m'))  # 添加海岸线ax.add_feature(cfeature.BORDERS, linestyle=':')  # 添加国界线ax.add_feature(cfeature.LAKES, alpha=0.5)  # 添加湖泊ax.add_feature(cfeature.OCEAN, alpha=0.2)  # 添加海洋ax.add_feature(cfeature.LAND, alpha=0.1)  # 添加陆地provinces = cfeature.NaturalEarthFeature(...)  # 添加中国省级边界ax.add_feature(provinces)# 设置坐标轴刻度、网格线等

set_extent：定义地图显示区域（中国大部分地区）。
add_feature：添加地理特征（如海岸线、湖泊、海洋等）。
NaturalEarthFeature：使用自然地球数据集绘制中国省级边界。

4. 绘制高原涡轨迹图的函数

def plot_vortex_track(lons, lats):"""绘制高原涡轨迹图并直接显示"""plt.figure(figsize=(14, 10))  # 设置画布大小ax = plt.axes(projection=ccrs.PlateCarree(central_longitude=105))  # 使用PlateCarree投影，中心经度105°create_china_map(ax)  # 调用函数绘制中国地图ax.add_patch(plt.Rectangle((73, 28), 32, 12, ...))  # 用矩形标注青藏高原区域ax.plot(lons, lats, 'b-', linewidth=2.5, ...)  # 绘制轨迹线scatter = ax.scatter(lons, lats, c=np.arange(len(lons)), cmap='viridis', ...)  # 绘制轨迹点plt.colorbar(scatter, ...)  # 添加颜色条plt.title('青藏高原涡移动轨迹', fontsize=16)  # 设置标题ax.text(...)  # 添加指北针、比例尺、标签plt.show()  # 显示图表

PlateCarree(central_longitude=105)：使用Plate Carree投影（等经纬度投影），中心经度105°（中国中部）。
Rectangle：用矩形框标注青藏高原区域（经度73-105，纬度28-40）。
plot和scatter：分别绘制轨迹线和轨迹点，cmap='viridis'表示颜色渐变。
colorbar：颜色条显示轨迹点的顺序。
指北针、比例尺、标签：通过ax.text()添加文本说明。

5. 主程序（示例数据）

if __name__ == '__main__':lons = np.array([...])  # 示例经度数据（高原涡移动路径）lats = np.array([...])  # 示例纬度数据plot_vortex_track(lons, lats)  # 调用函数绘制轨迹图

lons和lats：表示高原涡移动路径的经度和纬度坐标。
plot_vortex_track：调用函数生成图表并直接显示。

6. 代码功能总结

地图绘制：使用Cartopy创建中国地图，并添加地理特征（海岸线、边界等）。
轨迹可视化：用线和点表示高原涡移动路径，颜色渐变表示时间顺序。
图例与标注：添加指北针、比例尺、颜色条和青藏高原区域标注。

# 高原涡轨迹图绘制 - 直接显示模式
import numpy as np
import cartopy.crs as ccrs
import cartopy.feature as cfeature
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.font_manager as fm
import cartopy.mpl.ticker as cticker# 设置中文字体支持
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['Microsoft YaHei', 'KaiTi', 'SimSun']  # 稳定的中文字体
plt.rcParams['axes.unicode_minus'] = False  # 正确显示负号def create_china_map(ax, extent=[70, 140, 20, 45], spec=10):"""创建中国区域基础地图"""# 设置地图范围ax.set_extent(extent, crs=ccrs.PlateCarree())# 添加基础地理特征ax.add_feature(cfeature.COASTLINE.with_scale('50m'))ax.add_feature(cfeature.BORDERS, linestyle=':')ax.add_feature(cfeature.LAKES, alpha=0.5)ax.add_feature(cfeature.OCEAN, alpha=0.2)ax.add_feature(cfeature.LAND, alpha=0.1)# 添加中国省级边界provinces = cfeature.NaturalEarthFeature(category='cultural',name='admin_1_states_provinces',scale='50m',facecolor='none',edgecolor='gray',linewidth=0.5)ax.add_feature(provinces)# 设置坐标轴ax.set_xticks(np.arange(extent[0], extent[1] + spec, spec), crs=ccrs.PlateCarree())ax.set_yticks(np.arange(extent[2], extent[3] + spec, spec), crs=ccrs.PlateCarree())lon_formatter = cticker.LongitudeFormatter()lat_formatter = cticker.LatitudeFormatter()ax.xaxis.set_major_formatter(lon_formatter)ax.yaxis.set_major_formatter(lat_formatter)ax.gridlines(linewidth=0.5, color='gray', alpha=0.5, linestyle='--')def plot_vortex_track(lons, lats):"""绘制高原涡轨迹图并直接显示"""# 创建画布plt.figure(figsize=(14, 10))ax = plt.axes(projection=ccrs.PlateCarree(central_longitude=105))# 创建地图create_china_map(ax)# 标记青藏高原区域ax.add_patch(plt.Rectangle((73, 28), 32, 12,linewidth=1.5, edgecolor='darkred',facecolor='lightyellow', alpha=0.4,transform=ccrs.PlateCarree()))# 绘制轨迹线ax.plot(lons, lats, 'b-', linewidth=2.5, transform=ccrs.PlateCarree())# 标记点scatter = ax.scatter(lons, lats, c=np.arange(len(lons)),cmap='viridis', s=50, edgecolor='black',transform=ccrs.PlateCarree())# 添加颜色条cbar = plt.colorbar(scatter, ax=ax, orientation='horizontal',pad=0.05, label='轨迹点顺序')# 设置中文标题plt.title('高原涡或台风移动轨迹', fontsize=16, pad=20)# 添加指北针ax.text(0.95, 0.95, 'N', transform=ax.transAxes,fontsize=16, va='top', ha='right',bbox=dict(boxstyle='circle', facecolor='white', alpha=0.8))# 添加比例尺ax.text(0.2, 0.05, '1000公里', transform=ax.transAxes,bbox=dict(facecolor='white', alpha=0.8))# 添加青藏高原标签ax.text(88, 34, '青藏高原区域', fontsize=12,transform=ccrs.PlateCarree(),bbox=dict(facecolor='white', alpha=0.6))# 直接显示图像plt.show()if __name__ == '__main__':# 高原涡轨迹数据lons = np.array([89.05, 96.47, 99.89, 100.08, 102.05, 105.01, 107.49, 108.66,110.91, 111.46, 113.93, 114.00, 120.00, 121.97, 122.02, 122.97,123.49, 124.05, 122.99])lats = np.array([36.02, 34.99, 34.98, 34.56, 35.00, 34.99, 35.02, 36.66,35.56, 36.42, 36.00, 35.90, 36.00, 37.00, 38.00, 39.00,40.00, 42.00, 42.99])# 绘制并显示轨迹图plot_vortex_track(lons, lats)

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